13.2 Кінетична класифікація хімічних реакцій
У хімічних реакціях можуть брати участь іони, радикали або молекули. Відповідно до цього за механізмом перебігу розрізняють іонні, радикальні та молекулярні реакції. Молекулярні реакції у залежності від кількості молекул, що приймають участь в елементарному акті хімічної взаємодії, поділяються за молекулярністю на моно-, бі-, і тримолекулярні. Реакції, в яких беруть участь більш ніж три часточки, – це складні реакції, що складаються з декілька стадій.
Сума показників ступенів при концентраціях у кінетичному рівнянні реакції визначає порядок реакції. Прості хімічні реакції можуть бути І-го, ІІ-го та ІІІ-го порядків, у складних реакції порядок може бути величиною дробовою. Кінетичні рівняння хімічних реакцій І-го і ІІ-го порядку мають відповідно такий вигляд:
;
(13.4)
,
(13.5)
де С0 – вихідна концентрація речовини; С – її концентрація на момент часу .
Існує ще одна кінетична характеристика хімічних реакцій: період піврозпаду – час, за який реагує половина вихідної кількості реагенту.
13.3 Методи визначення порядку хімічних реакцій
Метод надлишку. Для визначення порядку реакції спочатку встановлюють порядок реакції за кожним реагентом. Для визначення порядку за окремим реагентом концентрації інших реагентів повинні бути настільки великими, щоб їх зміною з часом можна було знехтувати. Так, для реакції (13.1.) порядок реакції n дорівнює сумі a + b. Якщо речовину А беруть у великому надлишку, швидкість хімічної реакції буде залежати тільки від концентрації речовини В:
.
(13.6)
Якщо ж у надлишку узяти речовину В, то закон дії мас має такий вигляд:
.
(13.7)
Далі, користуючись методом підстановки, знаходять коефіцієнти а і b.
Метод підстановки. Суть методу полягає в тому, що через певні проміжки часу визначають концентрацію реагенту або продукту реакції. Визначені величини концентрацій послідовно підставляють у кінетичні рівняння для реакцій І-го, ІІ-го або ІІІ-го порядку. Рівняння, за яким одержали сталі значення константи швидкості, описує кінетику досліджуваної реакції. Якщо ж рівняння не призвели до одержання сталих значень константи швидкості, то досліджувана реакція є складною.
Метод Вант-Гоффа дозволяє визначати як цілі, так і дробові порядки. Для визначення порядку реакції за методом Вант-Гоффа необхідно знати швидкість реакції за 2-х концентраціях реагенту. Порядок реакції визначають за формулою:
,
(13.8)
де V1 i V2 – швидкість реакції за концентрацій реагенту С1 і С2 відповідно.